WO2009104768A1 - 溶断装置 - Google Patents

Abstract

　溶断刃の刃先及び縁部に略均一な電流を発生させることができ、従来の溶断装置に比べてより速やかに、かつむら無く刃先を加熱し、被溶断物を溶断することができる溶断装置を提供することを目的とする。導電性の溶断刃を備えた溶断装置に、前記溶断刃を誘導加熱させるための交番磁界を生成するヘルムホルツコイルを備え、前記溶断刃に、平面状の刃面を設け、該溶断刃の刃先を前記ヘルムホルツコイルの中心線方向略中央部に配する。

Description

溶断装置

　本発明は、溶断刃を備えた溶断装置に関する。

　従来の溶断装置は、樹脂製の被溶断物を溶断する溶断刃と、該溶断刃を加熱するヒータと、溶断刃を被溶断物に対して加圧させる加圧装置とを備える。被溶断物は、例えば複数の樹脂レンズがゲート部を介して接続された成型品である。前記ヒータの熱は、熱伝導によって溶断刃に伝導し、溶断刃は加熱される。加熱された溶断刃は、加圧装置によって被溶断物のゲート部に加圧され、ゲート部は溶断刃によって溶断される。
特開２００３－２３６８９６号公報 特開２０００－４２９９３号公報 特開平１０－２２５８９８号公報 特開２００７－１５２５０７号公報 特開２００２－１４４２８７号公報 特開２００２－１７７５号公報 特表２００５－０６５８９９号公報 特開２００１－１２４９３３号公報 特開２００６－２０２９３９号公報 特開平８－１８１０７１号公報 特開２００３－１６６８８７号公報 特開平８－２９２７１２号公報 特開２０００－６１３６０号公報 特開２０００－５０４０３号公報

　しかしながら、従来の溶断装置においては、溶断刃が熱伝導によって加熱される構成であるため、溶断刃の加熱に時間を要するという問題があった。溶断刃が被溶断物に接触した場合、溶断刃の熱が被溶断物に奪われ、該溶断刃の絶対温度が低下する。溶断刃の加熱に時間を要すると、溶断刃の絶対温度が低下したままの状態で、該溶断刃は被溶断物に加圧されることになる。このため、被溶断物に加えられる圧力が高くなり、該被溶断物に歪み、ひび等が発生する。

　また、従来の溶断装置は、熱伝導によって溶断刃を加熱する構成であるため、溶断刃の刃先に熱むらが生じるという問題があった。刃先の高温部分が被溶断物に接触した場合、被溶断物は融解し、垂れ、糸引きの原因になる。逆に刃先の低温部分が被溶断物に接触した場合、上述のように被溶断物に加わる圧力が大きくなり、被溶断物の歪み、ひび等が発生する。

　なお、ヒータを用いる場合に比べてより短時間で溶断刃を加熱する方法として、溶断刃を誘導加熱する方法も提案されているが、単純な誘導加熱では誘導電流が溶断刃の刃先に集中することは無く、効果的に溶断刃を加熱することはできない。刃先から離隔した箇所で誘導電流が発生した場合、該誘導電流によって発生した熱が、該箇所から刃先まで熱伝導によって伝導されなければ、溶断刃の刃先は加熱されない。従って、単純な誘導加熱を採用した場合であっても、溶断刃の加熱に時間を要するという上述の問題が発生していた。また、刃先に熱むらが生じるという問題も発生していた。

　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、溶断刃を誘導加熱させるための交番磁界を生成するヘルムホルツコイルを備え、刃先に交わる平面状の刃面を溶断刃に設け、該溶断刃の刃先が前記ヘルムホルツコイルの中心線方向略中央部に位置するよう、溶断刃を配することによって、溶断刃の刃先及び縁部に略均一な電流を発生させることができ、従来の溶断装置に比べてより速やかに、かつむら無く刃先を加熱し、被溶断物を溶断することができる溶断装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る溶断装置は、導電性の溶断刃を備えた溶断装置において、前記溶断刃を誘導加熱させるための交番磁界を生成するヘルムホルツコイルを備え、前記溶断刃は、平面状の刃面を有し、該溶断刃の刃先が前記ヘルムホルツコイルの中心線方向略中央部に配されていることを特徴とする。

　本発明に係る溶断装置は、前記ヘルムホルツコイルは、略長方形、略楕円形又は略長円形をなす複数のコイルを備え、前記ヘルムホルツコイルは、前記溶断刃の刃先に沿う方向と、前記コイルの長手方向とが略一致するように配されていることを特徴とする。

　本発明に係る溶断装置は、導電性の溶断刃を備えた溶断装置において、前記溶断刃を誘導加熱させるための交番磁界を生成する交番磁界生成手段を備え、前記溶断刃は、下記式（１）を満たした刃面を有することを特徴とする。

　本発明に係る溶断装置は、高圧直流電源に接続されたスイッチング素子を有し、該スイッチング素子の入切によって、交番磁界を生成するための交番電流を出力するインバータ回路と、前記スイッチング素子を入切させるためのスイッチング信号を出力する駆動回路と、該駆動回路及び前記スイッチング素子間に介装されており、スイッチング信号の電圧レベルを変更するレベルシフト回路とを備え、前記レベルシフト回路は、低圧直流電源と、該レベルシフト回路を動作させるための電源コンデンサとの間に順方向接続されたダイオードと、前記駆動回路から出力されたスイッチング信号を前記スイッチング素子側へ与え、かつ直流を遮断するフローティング素子とを備えることを特徴とする。

　本発明に係る溶断装置は、前記溶断刃から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段と、該赤外線検出手段にて検出された赤外線の強度に基づいて、前記交番磁界の強さ又は周波数を制御する手段とを備えることを特徴とする。

　本発明に係る溶断装置は、前記交番磁界を生成するための交番電流を出力するようにしてあり、更に、前記交番電流を検出する交番電流検出手段と、前記交番磁界を生成するための交番電流を検出する交番電流検出手段と、該交番電流検出手段にて検出された交番電流の大きさに基づいて、前記交番磁界の強さ又は周波数を制御する手段とを備えることを特徴とする。

　本発明に係る溶断装置は、被溶断物を溶断する導電性の溶断刃と、出力軸を有するモータと、該出力軸の回転力によって、前記溶断刃を所定方向へ移動させる送り機構とを備える溶断装置において、前記モータの出力軸及び前記送り機構との間に介装された部材に、前記モータの出力軸及び前記送り機構間に働くトルクによって生じたひずみを検出するひずみ検出手段と、該ひずみ検出手段の検出結果に基づいて、前記モータの回転を制御する手段とを備えることを特徴とする。

　本発明にあっては、ヘルムホルツコイルは、均一な交番磁界を生成する。導電性の溶断刃は、平面状の刃面を有し、刃先がヘルムホルツコイルの中心線方向略中央部に配されているため、平面状の前記刃面を均一な交番磁界が貫く。該刃面に均一な交番磁界が発生した場合、刃面の各点における渦電流は相互に打ち消し合い、刃面の周囲を構成する刃先及び縁部に均一な電流が流れる。刃面の刃先及び縁部を除いた中央部分には、該刃先及び縁部に比べて電流が流れない傾向にある。このように、刃面の刃先及び縁部に電流が集中して流れる現象をエッジ効果という。
　また、溶断刃は導電性であるため、表皮効果によって、誘導電流は溶断刃の表面に集中する。
　従って、前記交番磁界が前記刃面を貫いた場合、エッジ効果及び表皮効果によって、刃面を構成する刃先及び縁部に均一な電流が流れる。
　よって、従来のヒータを用いた溶断装置、単純な誘導加熱を利用した溶断装置に比べて、刃先をより速やかに、かつむら無く加熱することが可能になる。

　本発明にあっては、ヘルムホルツコイルは略長方形、略楕円形又は略長円形をなす複数のコイルを備え、溶断刃の刃先に沿う方向と、該コイルの長手方向とが略一致している。前記コイルは略長方形、略楕円形又は略長円形をなしているため、円形のコイルに比べて、磁界が均一な領域は、前記長手方向に亘ってより広く分布する。従って、溶断刃の刃先をより、むら無く加熱することが可能になる。

　本発明にあっては、交番磁界生成手段は交番磁界を生成する。溶断刃は、導電性であり、上記式（１）を満たした刃面を有しているため、該刃面を前記交番磁界が貫いた場合、刃面の各点における渦電流は相互に打ち消し合い、刃面の周囲を構成する刃先及び縁部に均一な電流が流れる。刃面の刃先及び縁部を除いた中央部分には、該刃先及び縁部に比べて電流が流れない傾向にある。
　また、溶断刃は導電性であるため、表皮効果によって、誘導電流は溶断刃の表面に集中する。
　従って、前記交番磁界が該刃面を貫いた場合、エッジ効果及び表皮効果によって、刃面を構成する刃先及び縁部に均一な電流が流れる。
　よって、従来のヒータを用いた溶断装置、単純な誘導加熱を利用した溶断装置に比べて、刃先をより速やかに、かつむら無く加熱することが可能になる。

　本発明にあっては、インバータ回路は高電圧直流電源に接続されたスイッチング素子を備え、スイッチング素子を入切させることによって、高電圧直流電源の直流を用いて交番電流を生成する。該交番電流にて、交番磁界が生成される。スイッチング素子は、駆動回路から出力されるスイッチング信号によって入切する。スイッチング素子と、駆動回路との間にはレベルシフト回路が介装されている。該レベルシフト回路は、スイッチング素子の電圧レベルを変更するものである。特に、本発明に係るレベルシフト回路は、低電圧直流電源を用いて充電される電源コンデンサによって動作するように構成されており、低電圧直流電源は、レベルシフト回路から低電圧直流電源に高電圧の直流が逆流しないようにダイオードによって保護されている。また、レベルシフト回路から駆動回路へ高電圧の直流が流れないよう、フローティング素子によって保護されている。
　従って、前記レベルシフト回路を備えることによって、高電圧直流電源の高電圧をより高く設定し、より強い交番磁界を発生させることが可能になる。交番磁界によって溶断刃に発生する熱量は、高電圧の２乗に比例するため、溶断刃をより効果的に加熱することが可能になる。

　本発明にあっては、溶断刃から放射される赤外線を赤外線検出手段にて検出し、検出された赤外線の強度に基づいて、交番磁界の強さ及び周波数を制御する。赤外線の強度は、溶断刃の温度に関連している。
　従って、溶断刃の温度を制御することが可能になる。

　本発明にあっては、交番磁界を生成するための交番電流を交番電流検出手段にて検出し、検出された交番電流の大きさに基づいて、交番磁界の強さ及び周波数を制御する。交番電流の大きさは、溶断刃の温度に関連している。
　従って、溶断刃の温度を制御することが可能になる。

　本発明にあっては、送り機構は、モータの回転力によって、溶断刃を所定方向へ移動させる。モータと、送り機構との間に介装された部材は、モータと、送り機構との間に働くトルクによってひずみ、該ひずみはひずみ検出手段によって検出される。溶断装置は、ひずみ検出手段の検出結果に基づいて、モータの回転を制御する。
　従って、溶断刃を所定方向へ移動させる力を制御することが可能になる。

　溶断刃の刃先及び縁部に略均一な電流を発生させることができ、従来の溶断装置に比べてより速やかに、かつむら無く刃先を加熱し、被溶断物を溶断することができる。

本発明の実施の形態１に係る溶断システムの構成を示す概略側面図である。 溶断装置の要部を模式的に示す正面図である。 一つの円形誘導加熱コイル及び溶断刃を示す模式図である。 誘導加熱回路の構成を示す回路図である。 交番磁界によって溶断刃に発生する渦電流及びジュール熱を概念的に示す説明図である。 待機中における誘導加熱回路の動作を示すタイミングチャートである。 溶断中における誘導加熱回路の動作を示すタイミングチャートである。 変形例１に係る溶断装置の要部を模式的に示す正面図である。 変形例２に係る溶断装置の要部を示す模式図である。 変形例３に係る溶断装置の要部を模式的に示す正面図である。 変形例４に係る溶断装置の誘導加熱回路を示す回路図である。 変形例５に係る溶断装置の誘導加熱回路を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係る溶断装置の構成を模式的に示す概略側面図である。 モータ駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。 モータ駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３に係る溶断装置の構成を模式的に示す概略側面図である。

符号の説明

　１　溶断装置
　２　成型機
　３　取出機
　１１　溶断刃
　１１ａ，１１ｂ　刃面
　１１ｃ　刃先
　１２　ヘルムホルツコイル
　１２ａ　円形誘導加熱コイル
　１３　溶断刃保持体
　１３ａ　光ファイバ
　１３ｂ　赤外線センサ
　１３ｃ　センサ保持部
　１４　アーム
　１５ｂ　モータ
　１５ｄ　トルク変換器
　１６　モータ駆動回路
　１６ａ　ブリッジ増幅器
　１６ｂ　加圧力設定器
　１６ｃ　加圧力調節器
　１６ｄ　誤差電圧増幅器
　１６ｅ　電圧／周波数コンバータ
　１６ｆ　電圧／周波数調節器
　１６ｇ　加圧力上限検出器
　１６ｈ　上限調節器
　１６ｉ　パルス列停止回路
　１６ｊ　速度制御ドライバー
　１７　誘導加熱回路
　１７ａ　４乗根増幅器
　１７ｉ　論理回路
　１７ｊ　ドライブ回路
　１８　コントローラ
　１９　被溶断物
　ＶＨＰ　高電圧直流電源
　ＶＬＰ　低電圧直流電源
　ＨＬＳ　高電位レベルシフト
　ＳＣ　電源コンデンサ
　ＳＤ　高電圧阻止ダイオード
　ＦＥ　フローティング素子
　Ｔｒ１　第１スイッチング素子
　Ｔｒ２　第２スイッチング素子
　ＮＯＴ　インバータ素子

　以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
　図１は、本発明の実施の形態１に係る溶断システムの構成を示す概略側面図である。溶断システムは、被溶断物１９を樹脂成型する成型機２、及び被溶断物１９を溶断する溶断装置１を備える。被溶断物１９は、樹脂製のゲート部１９ｂ及び該ゲート部１９ｂを介して接続された成型部品１９ａから構成される。成型部品１９ａは、例えば樹脂レンズである。

　成型機２は、固定金型、該固定金型に対して型締めが可能な可動金型、樹脂を射出する射出装置を備えて構成されており、固定金型及び可動金型を型締めすることによって、被溶断物１９を成型する。成型機２には、成型機２で成型された被溶断物１９を取り出し、溶断装置１へ搬送する取出機３が設けられている。

　取出機３は、成型機２と、溶断装置１とに亘って設けられた搬送レール３ａを備える。搬送レール３ａには、搬送レール３ａに沿って、成型機２及び溶断装置１間を往復する搬送機３ｂが設けられている。搬送機３ｂは、成型機２で成型された被成型物を把持して取り出すための把持部３ｃを備える。把持部３ｃは、送り機構によって、搬送機３ｂに対して上下移動、その他所定方向へ移動可能に構成されている。

　溶断装置１は、溶断装置１の各構成部を支持する角柱状の支持体１５ａを備える。支持体１５ａの背面側（図１中右側）には、その出力軸が支持体１５ａの長手方向両端側を向くように２個のモータ１５ｂが夫々設けられている。モータ１５ｂは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータである。各モータ１５ｂの出力軸はカップリング１５ｃを介して同軸的に配置されたトルク変換器１５ｄの入力軸に接続されている。各トルク変換器１５ｄの出力軸は、夫々支持体１５ａの長手方向両端側へ突出している。

　一方、支持体１５ａの正面側（図１中左側）には、２本の送りねじ１５ｆ夫々を、その回転中心が略一致し、かつモータ１５ｂの出力軸に対して略平行になるように回転自在に支持する支持板１５ｈが設けられている。以下、２本の送りねじ１５ｆの回転中心方向を溶断方向という。送りねじ１５ｆは、外周面に雄ねじを形成した円柱状をなしており、支持体１５ａの長手方向両端側へ突出した従動軸を有している。送りねじ１５ｆの従動軸、及びトルク変換器１５ｄの出力軸には、ベルト１５ｅが巻き掛けられ、モータ１５ｂの駆動力が送りねじ１５ｆへ巻き掛け伝動されるように構成されている。

　また、溶断装置１は、各送りねじ１５ｆの雄ねじに螺合する雌ねじを有し、送りねじ１５ｆの回転によって、溶断方向へ移動する板状の移動部材１５ｉを備える。移動部材１５ｉ及び送りねじ１５ｆは、送りねじ１５ｆ機構を構成している。また、各支持板１５ｈには、送りねじ１５ｆに対して略平行な棒状の案内部材１５ｇが設けられており、移動部材１５ｉは、案内部材１５ｇによって溶断方向へ直線移動自在に案内されている。

　各移動部材１５ｉには、正面方向へ突出したアーム１４が夫々設けられている。アーム１４の端部には、被溶断物１９を溶断する導電性の溶断刃１１を保持する溶断刃保持体１３が夫々設けられている。溶断刃保持体１３は、略直方体形状をなし、各溶断刃保持体１３の対向する端部には、刃先１１ｃが対向するように一対の溶断刃１１を保持している。
　また、磁界の方向及び強さ夫々が均一であり、溶断刃１１を誘導加熱させるための交番磁界Ｍ１を生成するヘルムホルツコイル１２が一対の溶断刃１１を囲繞し、溶断刃１１の刃先１１ｃがヘルムホルツコイル１２の略中央に位置し、かつヘルムホルツコイル１２の中心線と、溶断方向とが略一致するように設けられている。

　更に、溶断装置１は、ヘルムホルツコイル１２に交番電流ＬＣＩを与えることによって、溶断刃１１を誘導加熱するための誘導加熱回路１７と、モータ１５ｂを回転駆動させるモータ駆動回路１６と、誘導加熱回路１７、モータ駆動回路１６及びその他各構成部の動作を制御するコントローラ１８とを備える。トルク変換器１５ｄの入力軸及び出力軸間に加わったモーメントによるひずみは図示しないストレインゲージによって計測され、計測されたひずみはモータ駆動回路１６へ出力される。モータ駆動回路１６は、ストレインゲージによって計測されたひずみが一定になるように、各モータ１５ｂの回転を回転駆動させる。各モータ１５ｂの回転は、コントローラ１８によって同期運転するように制御される。

　図２は、溶断装置１の要部を模式的に示す正面図、図３は、一つの円形誘導加熱コイル１２ａ及び溶断刃１１を示す模式図である。図３（ａ）は、円形誘導加熱コイル１２ａ及び溶断刃１１の正面図、図３（ｂ）は、円形誘導加熱コイル１２ａ及び溶断刃１１の右側面図である。

　図１～図３に示すように、ヘルムホルツコイル１２は、中心線が略一致するように離隔配置された２つの円形誘導加熱コイル１２ａによって構成されている。各円形誘導加熱コイル１２ａは、Ｎ本の多芯線１２ｂよりなり、略同一の半径Ｒを有している。また、各円形誘導加熱コイル１２ａは、各円形誘導加熱コイル１２ａの半径Ｒと、中心線方向における各円形誘導加熱コイル１２ａ間の距離Ｄとが略等しくなるように配されている。なお、距離Ｄは、各円形誘導加熱コイル１２ａの中心点間の距離である。

　溶断刃１１は、概略平板状をなし、詳細には正面視が楔状であり、側面視が略矩形状をなしている。溶断刃１１は、溶断方向に対して略平行な平面状をなす正面側の刃面１１ａと、平面状をなし、溶断方向に対して背面側へ傾斜した刃面１１ｂを有している。

　各溶断刃保持体１３の反溶断刃側には、サーモパイルのような赤外線センサ１３ｂを保持したセンサ保持部１３ｃが設けられている。センサ保持部１３ｃは、断熱材で構成されており、溶断刃保持体１３からの熱伝導を遮断し、赤外線センサ１３ｂの温度上昇を抑止するように構成されている。また、溶断刃保持体１３は、溶断刃１１及び赤外線センサ１３ｂ間を接続する光ファイバ１３ａを備える。なお、光ファイバ１３ａに代えて、石英の伝送路を備えても良い。赤外線センサ１３ｂは、赤外線Ｉｒを受光し、受光した赤外線Ｉｒのエネルギー量を示した検出結果を誘導加熱回路１７に入力するように構成されている。誘導加熱回路１７は、赤外線センサ１３ｂの検出結果に基づいて、リアルタイムで、溶断刃１１の刃先１１ｃの温度を制御する。

　図４は、誘導加熱回路１７の構成を示す回路図である。誘導加熱回路１７は、交流電源ＡＣの交流を高電圧の直流、例えば６００Ｖの直流に変換する高電圧直流電源ＶＨＰを備える。高電圧直流電源ＶＨＰの負極端子は接地され、正極端子はハイサイドスイッチＨＳＲ、ＨＳＬのコレクタに接続されている。ハイサイドスイッチＨＳＲ、ＨＳＬのエミッタには、ローサイドスイッチＬＳＲ、ＬＳＬのコレクタが接続され、各ローサイドスイッチＬＳＲ、ＬＳＬのエミッタは接地されている。また、各ハイサイドスイッチＨＳＲ、ＨＳＬ及び各ローサイドスイッチＬＳＲ、ＬＳＬのエミッタ及びコレクタ間には、フライバックダイオードが接続されている。

　ハイサイドスイッチＨＳＲ、ＨＳＬのコレクタのベースには、高電位レベルシフトＨＬＳ回路を介してドライブ回路１７ｊが接続されている。高電位レベルシフトＨＬＳ回路には、低電圧力流電源から低電圧の直流、例えば１５Ｖの直流が供給されている。また、ローサイドスイッチＬＳＲ、ＬＳＬのベースにもドライブ回路１７ｊが接続され、ドライブ回路１７ｊは、ハイサイドスイッチＨＳＲ、ＨＳＬ及びローサイドスイッチＬＳＲ、ＬＳＬを交互に入切させる。

　ハイサイドスイッチＨＳＬのエミッタと、ローサイドスイッチＬＳＬのコレクタとの接続部には、ヘルムホルツコイル１２の一端が接続されている。また、該接続部にはコンデンサＣ１の一端が接続され、該コンデンサＣ１の他端は接地されている。

　ハイサイドスイッチＨＳＲのエミッタと、ローサイドスイッチＬＳＲのコレクタとの接続部には、共振コンデンサＬＣＣの一端が接続され、共振コンデンサＬＣＣの他端には、ヘルムホルツコイル１２の他端が接続されている。ヘルムホルツコイル１２及び共振コンデンサＬＣＣによって、直列共振回路ＬＣが構成されている。また、該接続部にはコンデンサＣ２の一端が接続され、該コンデンサＣ２の他端は接地されている。

　一方、赤外線センサ１３ｂには、４乗根増幅器１７ａが接続され、赤外線センサ１３ｂの検出結果を４乗根増幅器１７ａへ出力するように構成されている。４乗根増幅器１７ａは、赤外線センサ１３ｂから出力された検出結果を入力し、該検出結果の４乗根を算出し、算出された４乗根を示した絶対温度計測値Ｓｇ１を誤差増幅器１７ｅへ出力する。該４乗根は、溶断刃１１の絶対温度Ｔに比例する。
　なお、４乗根増幅器１７ａの一例として、電子回路で構成された４乗根増幅器１７ａで説明したが、マイコンに置き換えて演算するように構成しても良い。

　誤差増幅器１７ｅには、設定器１７ｂが設けられている。設定器１７ｂは、待機中における溶断刃１１の絶対温度Ｔを設定するための調節器１７ｃと、溶断中における溶断刃１１の温度を設定するための調節器１７ｄとを備え、コントローラ１８の制御に従って、調節器１７ｃ又は調節器１７ｄの設定内容に応じた設定値を誤差増幅器１７ｅへ出力する。調節器１７ｃ、１７ｄは、例えば可変抵抗器である。
　以下、調節器１７ｃに係る設定値を用いて、溶断刃１１の絶対温度Ｔが制御されている状態を、待機中といい、調節器１７ｄに係る設定値を用いて、溶断刃１１の絶対温度Ｔが制御されている状態を溶断中という。

　誤差増幅器１７ｅは、設定器１７ｂから出力された設定値と、４乗根増幅器１７ａから出力された絶対温度計測値Ｓｇ１とを比較し、設定値及び絶対温度計測値Ｓｇ１の差分を示す差分信号をパルス幅変調回路１７ｈへ出力する。

　パルス幅変調回路１７ｈには、共振基準クロックが設けられている。共振基準クロックは、基準クロック調節器１７ｇを備え、基準クロック調節器１７ｇによって定まる周波数の共振基準クロックＣＬＫをパルス幅変調回路１７ｈへ出力する。共振基準クロックの周波数は、直列共振回路ＬＣを共振させるための周波数であり、基準クロック調節器１７ｇによって、直列共振回路ＬＣの共振周波数ｆにあわせられる。パルス幅変調回路１７ｈは、共振基準クロックＣＬＫに同期して動作し、差分信号に応じたパルス幅を有するＰＷＭ信号を論理回路１７ｉへ出力する。より具体的には、パルス幅変調回路１７ｈは、絶対温度計測値Ｓｇ１が設定値より小さい場合、より広いパルス幅を有するＰＷＭ信号を論理回路１７ｉへ出力し、絶対温度計測値Ｓｇ１が設定値より大きい場合、より狭いパルス幅を有するＰＷＭ信号を論理回路１７ｉへ出力する。

　論理回路１７ｉは、ハイサイドスイッチＨＳＬ及びローサイドスイッチＬＳＬからなる回路ブロックＢＫＬと、ハイサイドスイッチＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＲからなる回路ブロックＢＫＲとを交互にスイッチングさせるスイッチング信号を生成し、生成されたスイッチング信号を、ドライブ回路１７ｊへ出力する。
　より具体的には、ハイサイドスイッチＨＳＬ及びローサイドスイッチＬＳＬを夫々入状態及び切状態に、かつハイサイドスイッチＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＲを夫々切状態にするスイッチング信号を生成し、生成された該信号をドライブ回路１７ｊへ出力する。
　次いで、ハイサイドスイッチＨＳＬ及びローサイドスイッチＬＳＬを夫々切状態に、かつハイサイドスイッチＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＲを夫々入状態及び切状態にするスイッチング信号を生成し、生成された該信号をドライブ回路１７ｊへ出力する。
　以下、同様の処理を繰りかえす。
　なお、言うまでもなく、論理回路１７ｉは、ハイサイドスイッチＨＳＬ及びローサイドスイッチＬＳＬが同時に入状態若しくは切状態になること、又はハイサイドスイッチＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＲが同時に入状態若しくは切状態になることを防ぐためのデッドタイムを決定し、スイッチング信号を生成している。

　ドライブ回路１７ｊは、論理回路１７ｉから出力されたスイッチング信号を、各スイッチＨＳＬ、ＬＳＬ、ＨＳＲ、ＬＳＲの電気規格に適合したスイッチング信号に変換し、変換されたスイッチング信号をベースへ出力する。

　以下、このように構成された溶断装置１の動作及び作用を説明する。
　ヘルムホルツコイル１２に交番電流ＬＣＩが通電した場合、円形誘導加熱コイル１２ａの中心線上であって、各円形誘導加熱コイル１２ａからの距離が略Ｄ／２の位置付近は、方向及び強度が略均一な交番磁界Ｍ２に覆われる。その結果、溶断刃１１の刃先１１ｃは、均一な交番磁界Ｍ２に覆われる。

　溶断刃１１に発生するエッジ効果が、略均一な交番磁界と表皮効果とが作用していることを、詳細に説明する。

　ヘルムホルツコイル１２の中心線における交番磁界の強さは、Ｄ＝Ｒである場合、下記式（２）によって表される。

　なお、Ｄ＝１．５Ｒである場合、ヘルムホルツコイル１２の中心線における交番磁界の強さは、下記式（３）によって表される。

　図５は、交番磁界によって溶断刃１１に発生する電流Ｉ１，Ｉ２及びジュール熱Ｈ１，Ｈ２を概念的に示す説明図である。
　刃面１１ａ、１１ｂは平面状であり、かつ溶断刃１１を貫く交番磁界Ｍ２の強度及び方向が均一であるため、図３に示すように、溶断刃１１の刃面１１ａ及び刃面１１ｂには略均一な磁界Ｍ３、Ｍ４が発生する。白抜き矢印で示す磁界Ｍ３、Ｍ４は、交番磁界Ｍ２の刃面１１ａ、１１ｂに対して略垂直な成分を示している。
　溶断刃１１の刃面１１ａ、１１ｂに均一な磁界Ｍ３，Ｍ４が発生した場合、刃面１１ａ、１１ｂの面内の微小な任意の各点Ｔ１，Ｔ２における渦電流Ｉ３，Ｉ４は、バツ印で示すように、相互に打ち消し合う。なお、作図の便宜上、各刃面１１ａ、１１ｂ夫々に一点Ｔ１，Ｔ２のみを図示しているが、刃面１１ａ、１１ｂの面内における任意の点の一つを代表的に図示したものであり、他の任意の点においても同様にして渦電流は相互に打ち消し合う。その結果、刃面１１ａ、１１ｂの周囲を構成する刃先１１ｃ及び縁部に沿って均一な電流Ｉ１，Ｉ２が集中して流れ、その反面、刃面１１ａ、１１ｂの刃先１１ｃ及び縁部を除いた中央部分における渦電流Ｉ３，Ｉ４は連鎖的に消失する傾向にある。刃面１１ａ、１１ｂの周囲を構成する刃先１１ｃ及び縁部に沿って流れる電流Ｉ１，Ｉ２は、熱損失によって、ジュール熱を発生させる。以下、刃面１１ａ、１１ｂの縁部の表層に発生したジュール熱を表皮発熱Ｈ１，Ｈ２という。特に、刃面１１ａ、１１ｂが交差する刃先１１ｃでは、電流Ｉ１，Ｉ２が重畳的に流れるため、刃先１１ｃに表皮発熱Ｈ１、Ｈ２が集中する。つまり、溶断刃１１の刃先１１ｃは、エッジ効果によって、熱源として作用する。このような現象をエッジ効果という。

　誘導加熱にて発生したジュール熱の熱量について説明する。
　刃先１１ｃに発生するジュール熱の熱量Ｐは、次式（４）で表される。熱量Ｐは、交番電流ＬＣＩの周波数ｆ、抵抗率ρ，及び比透磁率μの２乗根に比例し、巻数Ｎ及び交番電流ＬＣＩの２乗に比例する。

　なお、電流Ｉ１、Ｉ２によって発生するジュール熱の熱量は、溶断刃１１の絶対温度Ｔと、設定器１７ｂに設定された設定値との差分がゼロになるように、制御される。

　一方、溶断刃１１の刃面１１ａ、１１ｂに流れる電流Ｉ１，Ｉ２は、表皮効果によって、表皮厚さδの表層に集中する。言い換えると、表皮発熱Ｈ１，Ｈ２は、刃面１１ａ、１１ｂの表皮厚さδの表層に集中する。表皮厚さδは、交番電流ＬＣＩの周波数をｆ、溶断刃１１の電気伝導率をσ、透磁率をμ、電気抵抗率をρとした場合、下記式（５）で表される。

　例えば、溶断刃１１を鋼、プラスチックのゲート部１９ｂの溶断に必要な温度を３００度とした場合、電気抵抗率ρは、温度変化によって、約２０～５３の範囲で変動する。また、磁界の強さの変動によって、透磁率μは約２０～１０００の範囲で変動する。交番電流ＬＣＩの周波数ｆを２０ｋＨｚとした場合、表皮厚さδはおよそ０．２～２．３ｍｍである。

　以上、エッジ効果及び表皮効果により、交番磁界が均一である程、また交番電流ＬＣＩの周波数が高い程、エッジ効果及び表皮効果が顕著になり、溶断刃１１の刃先１１ｃに電流Ｉ１，Ｉ２が集中することが分かる。言い換えると、交番磁界が均一である程、また交番電流ＬＣＩの周波数が高い程、熱源を溶断刃１１の刃先１１ｃに局在させることができ、効果的に刃先１１ｃ部分を誘導加熱できる。
　十分な、エッジ効果を発揮させるためには、円形誘導加熱コイル１２ａの半径Ｒに比較して、溶断刃１１の寸法は小さい方が望ましい。

　次に、図４に示した誘導加熱回路１７における負帰還ループの動作について説明する。
　図６は、待機中における誘導加熱回路１７の動作を示すタイミングチャート、図７は、溶断中における誘導加熱回路１７の動作を示すタイミングチャートである。図６（ａ）及び図７（ａ）は、共振基準クロックＣＬＫ、各図（ｂ）は、ハイサイドスイッチＨＳＬ、各図（ｃ）はローサイドスイッチＬＳＬ、各図（ｄ）は、ハイサイドスイッチＨＳＲ、各図（ｅ）はローサイドスイッチＬＳＲ、各図（ｆ）は、交番電流ＬＣＩのタイミングチャートを夫々示している。

　誘導加熱回路１７、特に赤外線センサ１３ｂ、４乗根増幅器１７ａ、誤差増幅器１７ｅ、パルス幅変調回路１７ｈ、論理回路１７ｉ、及びドライブ回路１７ｊは、絶対温度計測値Ｓｇ１と、設定器１７ｂの設定値との差分がゼロになるように負帰還ループを構成している。つまり、負帰還ループによって、溶断刃１１の絶対温度Ｔは一定に制御される。
　設定器１７ｂが誤差増幅器１７ｅへ出力する設定値は、コントローラ１８によって選択される。コントローラ１８によって、調節器１７ｃに係る設定値が選択された場合、調節器１７ｃに係る設定値と、絶対温度計測値Ｓｇ１との差分がゼロになるように溶断刃１１の絶対温度Ｔが一定に制御される。
　また、コントローラ１８によって、調節器１７ｄに係る設定値が選択された場合、調節器１７ｄに係る設定値と、絶対温度計測値Ｓｇ１との差分がゼロになるように溶断刃１１の絶対温度Ｔが一定に制御される。

　図６及び図７に示すように、ハイサイドスイッチＨＳＬ，ＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＬ，ＬＳＲ及び交番電流ＬＣＩは、共振基準クロックＣＬＫに同期している。論理回路１７ｉは、ハイサイドスイッチＨＳＬ及びローサイドスイッチＬＳＬからなる回路ブロックＢＫＬと、ハイサイドスイッチＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＲからなる回路ブロックＢＫＲとを、ドライブ回路１７ｊを用いて交互に順次駆動する。共振基準クロックＣＬＫの周波数は、基準クロック調節器１７ｇによって、直列共振回路ＬＣの共振周波数ｆにあわせられているため、直列共振回路ＬＣは、共振基準クロックＣＬＫに同期して、共振現象を起こし、交番電流ＬＣＩの大きさが最大になる。また、交番電流ＬＣＩの波形も最良、つまり正弦波状になる。

　溶断中においては、大きい交番電流ＬＣＩを必要とするため、図７（ｂ）～（ｅ）に示すように、広いパルス幅ＰＷＬによって、ハイサイドスイッチＨＳＬ，ＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＬ，ＬＳＲを駆動し、待機中においては、小さい交番電流ＬＣＩで足りるため、図６（ｂ）～（ｅ）に示すように、狭いパルス幅によって、ハイサイドスイッチＨＳＬ，ＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＬ，ＬＳＲを駆動する。

　また、図６に示すように、調節器１７ｃの抵抗値を調節することによって、ＰＷＭ信号のパルス幅ＰＷＭを、調節幅ＰＷＭの範囲内で増減させることができる。ＰＷＭ信号のパルス幅ＰＷＭを増減させることによって、交番電流ＬＣＩの振幅を、電流波高調節幅ＩＶＭの範囲内で変動させることができる。

　各ハイサイドスイッチＨＳ、ＨＳＲ、及びＨＳＬと各ローサイドスイッチＬＳ、ＬＳＲ、及びＬＳＬは、交互に入切して充放電を繰り返し、直列共振回路ＬＣを共振させる。共振基準クロックＣＬＫの周波数と、直列共振回路ＬＣの共振周波数とが一致した場合、交番電流ＬＣＩは、最大となる。円形誘導加熱コイル１２ａの巻数をＮ、高電圧直流電源ＶＨＰの高電圧をＶＨ、直列共振回路ＬＣの共振周波数をｆ、ヘルムホルツコイル１２の電気抵抗率をρ、透磁率をμとした場合、交番電流ＬＣＩは下記式（６）で表される。

　溶断刃１１の刃先１１ｃに発生するジュール熱の熱量は、上記式（４）及び下記式（６）より、下記式（７）で表される。但し、ヘルムホルツコイル１２の表皮効果による交流損失抵抗は無視する。

　次に、負帰還ループにおける光ファイバ１３ａ及び赤外線センサ１３ｂの機能について説明する。絶対温度Ｔの溶断刃１１から放射される赤外線ＩｒのエネルギーＰＥは、絶対温度Ｔの４乗に比例する。ステンファン・ボルツマン定数をσ、物質に固有のエネルギー放射率をηとした場合、エネルギーＰＥと、絶対温度Ｔとの関係は下記式（８）で表される。

　赤外線センサ１３ｂは、光ファイバ１３ａを通じて、赤外線Ｉｒを受光し、受光した赤外線Ｉｒのエネルギー量を示した検出結果を誘導加熱回路１７へ出力する。４乗根増幅器１７ａは、赤外線センサ１３ｂの検出結果が示すエネルギーの４乗根を算出することによって、溶断刃１１の絶対温度Ｔに比例した絶対温度計測値Ｓｇ１を得る。絶対温度計測値Ｓｇ１は、下記式（９）で表される。

　溶断刃１１から放射される赤外線Ｉｒは、光ファイバ１３ａを介して赤外線センサ１３ｂへ常時入力し、赤外線センサ１３ｂ及び４乗根増幅器１７ａは、逐一、絶対温度計測値Ｓｇ１を誤差増幅器１７ｅへ出力するため、溶断刃１１の絶対温度Ｔをリアルタイムで制御することができる。

　溶断刃１１から放射される赤外線Ｉｒは、光ファイバ１３ａを介して赤外線センサ１３ｂへ入力するように構成されているため、赤外線Ｉｒの減衰が殆んど無く赤外線センサ１３ｂへ伝送される。また、赤外線センサ１３ｂと、溶断刃１１との間は、センサ保持部１３ｃによって断熱されている。従って、赤外線センサ１３ｂ及び４乗根増幅器１７ａは、光ファイバ１３ａを利用しない場合に比べて、溶断刃１１の絶対温度Ｔをより性格に計測することができる。よって、溶断刃１１の絶対温度Ｔをより正確に制御し、被溶断物１９を溶断することができる。

　本実施の形態１に係る溶断装置１にあっては、溶断刃１１の刃先１１ｃ及び縁部に略均一な電流を発生させることができ、従来の溶断装置に比べてより速やかに、かつむら無く刃先１１ｃを加熱し、被溶断物１９を溶断することができる。

　溶断刃１１が被溶断物１９に接触し、刃先１１ｃの温度が低下した場合であっても、エッジ効果及び表皮効果によって、刃先１１ｃを集中的に誘導加熱することができるため、溶断に必要な熱量を刃先１１ｃへ直ちに補足することができる。
　溶断刃１１の温度を所定温度以上に保つことができるため、溶断に必要な加圧力量Ｐｒｅを所定量未満に制御することが可能になる。従って、被溶断物１９に加わる加圧力量Ｐｒｅが所定量超になることに起因する被溶断物１９の歪み、ひび等の不具合を解消することができる。
　また、溶断刃１１の温度を所定温度以上に保つことができるため、溶断に必要な速度を短縮することができる。

　更に、溶断に必要な速度を短縮し、また上述のように溶断刃１１をむら無く誘導加熱することができるため、溶断刃１１の過加熱に起因する被溶断物１９の融解、垂れ、及び糸引きを防止することができる。

　更にまた、光ファイバ１３ａ、赤外線センサ１３ｂ及び４乗根増幅器１７ａを用いて溶断刃１１の絶対温度を計測し、該絶対温度が一定になるように交番電流ＬＣＩの大きさを制御しているため、溶断刃１１の温度をより正確に制御し、被溶断物１９を溶断することができる。

　更にまた、一方の溶断刃１１のみを可動にした場合、ゲート部１９ｂに対し、溶断開始時から完了時の溶断中の中心点が、固定側の溶断刃１１にずれる欠点があり、無理な溶断により、被溶断物１９の成型部品１９ａに歪を与える可能性がある。
　本実施の形態では、２つの溶断刃１１が対称的に相対移動するため、各溶断刃１１の溶断開始時から完了時までの溶断中の仲心点がずれる虞は低く、成型部品１９ａの溶断面及び成型部品１９ａに歪を与えずに、被溶断物１９を溶断することができる。

　以上より、成型部品１９ａの安定した品質と歩留まりの向上を図ることができる。

　なお、実施の形態１では、溶断刃１１を誘導加熱するコイルの一例として、ヘルムホルツコイル１２を例示したが、これに限定されない。例えば、交番磁界Ｍ１を発生させることができるコイルを備え、更に、上記式（１）を満たすように溶断刃１１の刃面１１ａ又は刃面１１ｂを形成すれば良い。上記式（１）を満たした場合も、エッジ効果及び表皮効果によって、溶断刃１１の刃先１１ｃに誘導電流を集中させ、加熱することができる。
　なお、言うまでもなく、上記式（１）を満たせば、溶断刃１１の刃面の形状は、特に限定されない。

（変形例１）
　図８は、変形例１に係る溶断装置１の要部を模式的に示す正面図である。変形例１に係る溶断装置１は、実施の形態１と同様の構成であり、溶断刃１１に対するヘルムホルツコイル１１２の位置関係のみが異なる。以下では、主に上記相異点を説明する。

　変形例１に係るヘルムホルツコイル１１２は、一対の溶断刃１１を囲繞し、溶断刃１１の刃先１１ｃがヘルムホルツコイル１１２の略中央に位置し、かつヘルムホルツコイル１１２の中心線と、溶断方向とが略直交するように配されている。

　なお、変形例１に係るヘルムホルツコイル１１２は、実施の形態と同様、中心線が略一致するように離隔配置された一対の円形誘導加熱コイル１１２ａによって構成されている。各円形誘導加熱コイル１１２ａは、Ｎ本の多芯線１１２ｂよりなり、略同一の半径Ｒを有している。また、各円形誘導加熱コイル１１２ａは、各円形誘導加熱コイル１１２ａの半径Ｒと、中心線方向における各円形誘導加熱コイル１１２ａ間の距離Ｄとが略等しくなるように配されている。

　変形例１に係るヘルムホルツコイル１１２によって生成される交番磁界Ｍ１０１を生成する。特に、ヘルムホルツコイル１１２の略中央部には、磁界の方向及び強度が略均一な交番磁界Ｍ１０２が生成される。溶断刃１１は、交番磁界Ｍ１０２によって、誘導加熱される。

　変形例１に係る溶断装置１にあっては、実施の形態と同様の効果を奏する。

　特に、変形例１にあっては、交番磁界Ｍ１０２の方向は、刃面１１ａに直交するため、交番磁界Ｍ１０２の、刃面１１ａ、１１ｂに対する法線方向成分の総和は、実施の形態１に係る溶断装置１に比べて大きいと予想される。
　従って、溶断刃１１の刃先１１ｃにより大きな電流が流れ、より効果的に溶断刃１１の刃先１１ｃを誘導加熱することができる。

　なお、溶断刃１１に対するヘルムホルツコイル１１２の姿勢は、溶断刃１１の刃面１１ａ及び刃面１１ｂを貫く交番磁界の法線方向成分の総和が最大になるように決定すれば良い。

（変形例２）
　図９は、変形例２に係る溶断装置１の要部を示す模式図である。図９（ａ）は、円形誘導加熱コイル１２ａ及び溶断刃１１の正面図、図９（ｂ）は、円形誘導加熱コイル１２ａの右側面図である。変形例２に係る溶断装置１は、実施の形態１と同様の構成であり、ヘルムホルツコイル２１２の構成のみが異なる。以下では、主に上記相異点を説明する。

　変形例２に係るヘルムホルツコイル２１２は、一対の溶断刃１１を囲繞し、溶断刃１１の刃先１１ｃがヘルムホルツコイル２１２の略中央に位置し、かつヘルムホルツコイル２１２の中心線と、溶断方向とが略一致するように配されている。

　変形例２に係るヘルムホルツコイル２１２は、中心線及び長手方向が略一致するように離隔配置された一対の略長方形誘導加熱コイル２１２ａによって構成されている。略長方形誘導加熱コイル２１２ａは、頂点部分及び短辺部分全体を円弧状に形成したコイル、又は頂点部分が湾曲した長方形状のコイルである。該円弧は楕円、真円、又は長円の弧で形成すると良い。また、円弧では無く、単に湾曲させた形状であっても良い。なお、略長方形誘導加熱コイル２１２ａの中心線は、略長方形誘導加熱コイル２１２ａの中心点を通り、かつ長方形平面に略垂直な直線を意味する。また、略長方形誘導加熱コイル２１２ａを、略楕円形、略長円形、レーストラック形に形成しても良い。

　各略長方形誘導加熱コイル２１２ａは、Ｎ本の多芯線２１２ｂよりなり、略同形である。各略長方形誘導加熱コイル２１２ａの長辺方向長さの半長はＲ、短辺方向長さの半長はｒであり、溶断刃１１の刃先１１ｃに沿う方向と、略長方形誘導加熱コイル２１２ａの長手方向とが略一致するように配されている。また、各略長方形誘導加熱コイル２１２ａは、各略長方形誘導加熱コイル２１２ａの半長ｒと、中心線方向における各略長方形誘導加熱コイル２１２ａ間の距離ｄとが略等しくなるように配されている。各略長方形誘導加熱コイル２１２ａには、同じ方向に交番電流ＬＣＩが通電される。

　変形例２に係るヘルムホルツコイル２１２は、交番電流ＬＣＩの通電によって交番磁界Ｍ２０１を生成する。特に、ヘルムホルツコイル２１２の略中央部には、磁界の方向及び強度が略均一な交番磁界Ｍ２０２が生成される。溶断刃１１は、ヘルムホルツコイル２１２の略中央に、しかも溶断刃１１の刃先１１ｃ沿う方向と、略長方形誘導加熱コイル２１２ａの長手方向とが略一致するように構成されているため、溶断刃１１の刃先１１ｃは均一な交番磁界Ｍ２０２に覆われる。

　ｄ＝ｒである場合、ヘルムホルツコイル２１２の中心線における交番磁界Ｍ２０２の強さは、下記式（１０）で表される。

　なお、ｄ＝１．５ｒである場合、ヘルムホルツコイル２１２の中心線における交番磁界２０２Ｍの強さは、下記式（１１）によって表される。

　変形例２に係る溶断装置１にあっては、溶断刃１１の刃先１１ｃに沿う方向の幅が長い場合であっても、溶断刃１１の刃先１１ｃを均一に誘導加熱することができる。

　溶断刃１１の刃先１１ｃに沿う方向の幅が長く、熱むらがある場合、高温部分で被溶断物２１９が融解し、垂れ、糸引きの原因となる。また、低温部分では、加圧力量Ｐｒｅが高くなり、被溶断物２１９の歪、ひびの原因となる。
　刃先１１ｃに沿う方向の幅が長い溶断刃１１の刃先１１ｃの全部に亘って均一であれば、幅の広いゲート部１９ｂにかかる加圧力量Ｐｒｅを低下させることができる。

　従って、被溶断物２１９にかかる加圧力量Ｐｒｅによる歪、ひびを低減させることができる。また、被溶断物２１９の溶断時間を短縮することができる。溶断時間を短縮することによって、被溶断物２１９の過加熱を防止し、被溶断物２１９の融解、垂れ、糸引きを減少させることができる。

　以上、略長方形誘導加熱コイル２１２ａを備えることによって、刃先１１ｃに沿う方向の幅が長い場合であっても、溶断刃１１をむら無く誘導加熱し、幅の広いゲート部１９ｂをより良好に溶断することができる。従って、成型部品の品質を向上及び均一化し、生産性を向上させることができる。幅の広い刃先１１ｃ全体を均一に誘導加熱する本発明は、高い有用性を持つ。

（変形例３）
　図１０は、変形例３に係る溶断装置１の要部を模式的に示す正面図である。変形例３に係る溶断装置１は、変形例２と同様の構成であり、溶断刃１１に対するヘルムホルツコイル３１２の位置関係のみが異なる。以下では、主に上記相異点を説明する。

　変形例３に係るヘルムホルツコイル３１２は、被溶断物３１９を溶断する一対の溶断刃１１を囲繞し、溶断刃１１の刃先１１ｃがヘルムホルツコイル３１２の略中央に位置し、かつヘルムホルツコイル３１２の中心線と、溶断方向とが略直交するように配されている。

　なお、変形例３に係るヘルムホルツコイル３１２は、変形例２と同様、中心線及び長手方向が略一致するように離隔配置された一対の略長方形誘導加熱コイル３１２ａによって構成されている。
　各略長方形誘導加熱コイル３１２ａは、Ｎ本の多芯線３１２ｂよりなり、略同形である。各略長方形誘導加熱コイル３１２ａの長辺方向長さの半長はＲ、短辺方向長さの半長はｒであり、溶断刃１１の刃先１１ｃに沿う方向と、略長方形誘導加熱コイル３１２ａの長手方向とが略一致するように配されている。また、各略長方形誘導加熱コイル３１２ａは、各略長方形誘導加熱コイル３１２ａの半長ｒと、中心線方向における各略長方形誘導加熱コイル３１２ａ間の距離ｄとが略等しくなるように配されている。各略長方形誘導加熱コイル３１２ａには、同じ方向に交番電流ＬＣＩが通電される。

　変形例３に係るヘルムホルツコイル３１２によって生成される交番磁界Ｍ３０１を生成する。特に、ヘルムホルツコイル３１２の略中央部には、磁界の方向及び強度が略均一な交番磁界Ｍ３０２が生成される。溶断刃１１は、交番磁界Ｍ３０２によって、誘導加熱される。

　変形例３に係る溶断装置１にあっては、変形例２と同様の効果を奏する。

（変形例４）
　図１１は、変形例４に係る溶断装置１の誘導加熱回路４１７を示す回路図である。変形例４に係る溶断装置１は、実施の形態１と同様の構成であり、誘導加熱回路４１７の構成のみが異なる。以下では、主に上記相異点を説明する。

　変形例４に係る誘導加熱回路４１７は、実施の形態に係る誘導加熱回路４１７のハイサイドスイッチＨＳＲ及びローサイドスイッチＬＳＲからなる回路ブロックＢＫＲが除去された構成である。

　変形例４では、高電位レベルシフトＨＬＳ回路の構成を詳細に説明する。高電位レベルシフトＨＬＳ回路は、レベルシフト回路を動作させるための電源コンデンサＳＣを備え、低電圧直流電源ＶＬＰと、電源コンデンサＳＣとの間には高電圧阻止ダイオードＳＤが順方向接続されている。詳細には、低電圧直流電源ＶＬＰの正極に高電圧阻止ダイオードＳＤのアノードが接続され、高電圧阻止ダイオードＳＤのカソードが電源コンデンサＳＣの一端に接続されている。電源コンデンサＳＣの他端は、ハイサイドスイッチＨＳＲのエミッタと、ローサイドスイッチＬＳＲのコレクタとの接続部に接続されている。

　また、高電圧阻止ダイオードＳＤのカソードには、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２が直列接続されており、第２スイッチング素子Ｔｒ２のエミッタは、電源コンデンサＳＣの前記他端に接続されている。更に、第１スイッチング素子Ｔｒ１のベースと、第２スイッチング素子Ｔｒ２のベースとの間には、インバータ素子ＮＯＴが介装されている。

　更に、ドライブ回路１７ｊと、第１スイッチング素子Ｔｒ１のベースとの間には、フローティング素子ＦＥが介装されている。フローティング素子ＦＥは、ドライブ回路１７ｊから出力されたスイッチング信号を透過し、直流成分を遮断する素子である。

　高電位レベルシフトＨＬＳ回路の機能について説明する。ローサイドスイッチＬＳＲのコレクタとの接続部（以下、シフトポイントＳＰという）は、高電圧ＶＨとゼロ電位Ｖ０の間を交互に移動するため、ハイサイド入力ＨＩの電位も、シフトポイントＳＰにあわせて、追従して高低変動させなけらればならない。そして、ローサイドスイッチＬＳが入状態の際は低電圧直流電源ＶＬＰにて電源コンデンサＳＣは低電圧ＶＬを充電する。そして、高電位レベルシフトＨＬＳ回路の基準電位はシフトポイントＳＰである。そして、シフトポイントＳＰが高電圧ＶＨの時は高電圧阻止ダイオードＳＤによって低電圧直流電源ＶＬＰを保護する。そして、低電圧ＶＬを充電された電源コンデンサＳＣは高電位レベルシフトＨＬＳ回路の制御用電源となる。そして、ハイサイド信号ＨＳからハイサイド入力ＨＩの間は、フローティング素子ＦＥによって、電位的に絶縁されていて、スイッチング信号のみを透過する。

　上記式（７）に示す通り、溶断刃１１の刃先１１ｃに発生するジュール熱の熱量Ｐは、高電圧ＶＨの電圧の二乗に比例するため、高電圧ＶＨをより高くすることによって、溶断刃１１の刃先１１ｃをより大きな熱量Ｐで効果的に誘導加熱することができる。

　ちなみに、低電圧直流電源ＶＬＰの低電圧ＶＬの電圧は１５Ｖまであって、高電圧直流電源ＶＨＰの高電圧ＶＨの電圧は６００Ｖまでが、各、ハイサイドスイッチＨＳ、ＨＳＲ、ＨＳＬと各、ローサイドスイッチＬＳ、ＬＳＲ、ＬＳＬの許容される現在の定格である。仮に、電源入力ＡＣがＡＣ１００Ｖの時ジュール熱量Ｐの限界値を１００Ｗとすれば、ＡＣ４００Ｖの時ジュール熱量Ｐの限界値は１．６ＫＷまであがる。但し、前記各スイッチのスイッチング損失および定常損失は無視する。

　変形例４に係る溶断装置１にあっては、高電位レベルシフトＨＬＳ回路によって、高電圧ＶＨの電圧を上げることが可能になる。従って、溶断刃１１の刃先１１ｃを効果的に誘導加熱し、より高いジュール熱量Ｐを得ることができる。つまり、変形例４に係る高電位レベルシフトＨＬＳ回路を備えることによって、溶断刃１１の刃先１１ｃの高い熱源を容易に得ることができる。

　なお、言うまでもなく、変形例４に係る高電位レベルシフトＨＬＳ回路を実施の形態及び変形例に係る溶断装置１に適用しても良い。

（変形例５）
　図１２は、変形例５に係る溶断装置１の誘導加熱回路５１７を示す回路図である。変形例５に係る溶断装置１は、実施の形態１と同様の構成であり、交番電流ＬＣＩの大きさを制御することによって溶断刃１１の温度を制御するように構成してある点が異なる。以下では主に上記相異点を説明する。

　変形例５に係る溶断装置１の誘導加熱回路５１７は、実施の形態に係る溶断装置１が備える光ファイバ１３ａ、赤外線センサ１３ｂ、センサ保持部１３ｃ、及び４乗根増幅器１７ａを備えていない。変形例５に係る溶断装置１は、光ファイバ１３ａ等に代えて、ヘルムホルツコイル１２を流れる交番電流ＬＣＩの大きさを検出する交番電流検出素子５１７ｋを備える。交番電流検出素子５１７ｋは、直列共振回路ＬＣの共振によって生成した交番電流ＬＣＩを、ホール効果を利用して交番電流ＬＣＩを検出し、検出結果を示す信号を出力する素子であり、ハイサイドスイッチＨＳＬのエミッタ及びローサイドスイッチＬＳＬのコレクタの接続部と、ヘルムホルツコイル１２の一端との間に介装されている。

　交番電流検出素子５１７ｋから出力した信号は、高電圧を絶縁するアイソレーション型交番電流ＬＣＩ検出回路に入力するように構成されている。交番電流検出素子５１７ｋの電位は、高電圧ＶＨとゼロ電位Ｖ０との間で変動するため、該交番電流ＬＣＩをアイソレーション型交番電流検出回路５１７ｌにて検出する。アイソレーション型交番電流ＬＣＩ検出回路は、検出した交番電流ＬＣＩを示す信号を検波回路５１７ｍへ出力する。

　検波回路５１７ｍは、ＡＣ－ＤＣコンバータであり、アイソレーション型交番電流ＬＣＩ検出回路から出力された信号を入力し、入力した信号を交流直流変換し、変換された直流の大きさを示した測定値信号Ｓｇ２を誤差増幅器１７ｅへ出力する。

　誤差増幅器１７ｅは、設定器１７ｂから出力された設定値と、検波回路５１７ｍから出力された測定値信号Ｓｇ２とを比較し、設定値及び絶対温度計測値Ｓｇ１の差分を示す差分信号をパルス幅変調回路１７ｈへ出力する。

　変形例５に係る溶断装置１にあっては、設定器１７ｂの設定値を調節することによって、交番電流ＬＣＩの大きさ、つまり溶断刃１１の温度を調節することができる。誘導加熱回路５１７は、交番電流ＬＣＩの大きさが設定値に応じた一定値になるように、交番電流ＬＣＩの大きさ、即ち溶断刃１１の刃先１１ｃの温度及びジュール熱量をリアルタイムで制御する。使用者は、周囲温度、刃先１１ｃの放熱状態、及びゲート部１９ｂへの熱エネルギーの移動状態等の周囲環境を考慮して溶断刃１１に与えるジュール熱量Ｐ決定、つまり設定器１７ｂの調節値を決定すれば良い。また、誘導加熱回路５１７は、交流電源ＡＣの電圧の変動にも対応する。

　交番電流ＬＣＩは、該交番電流ＬＣＩの周波数と、直列共振回路ＬＣの共振周波数ｆとが略一致したとき、最大となる。溶断場で発生するジュール熱量Ｐは上記式（４）で表される。上記式（４）に示すように、ジュール熱量Ｐは、交番電流ＬＣＩの二乗に比例するため、交番電流ＬＣＩを調節することによって、リアルタイムに溶断刃１１の刃先１１ｃの温度を調節することができる。

　また、変形例５にあっては、光ファイバ１３ａ、赤外線センサ１３ｂを省き、溶断装置１の構造を簡略化することができ、経済的である。

（実施の形態２）
　図１３は、本発明の実施の形態２に係る溶断装置１の構成を模式的に示す概略側面図である。実施の形態２に係る溶断装置１は、実施の形態１に係る溶断装置１と同様の構成であり、片方の溶断刃７１１のみが可動に構成されている点と、モータ駆動回路１６の回路構成とが異なり、加圧力量制御機能を有している。該加圧力量制御機能は、溶断刃７１１によって被溶断物１９に加えられる加圧力量Ｐｒｅを、一定量未満に制御する機能である。以下では、主に上記相異点について説明する。

　溶断装置１は、溶断装置１の各構成部を支持する角柱状の支持体１５ａが立設された架台７１５ａを備える。支持体１５ａには、実施の形態１と同様の、モータ１５ｂ、カップリング１５ｃ、トルク変換器１５ｄ、ベルト１５ｅ、送りねじ１５ｆ、案内部材１５ｇ、移動部材１５ｉ及び支持板１５ｈが設けられている。また、移動部材１５ｉには、正面方向へ突出したアーム１４が夫々設けられている。アーム１４の端部及び架台７１５ａには、被溶断物１９を溶断する溶断刃７１１を保持すると共に、溶断刃７１１を加熱する２個の加熱手段７１３が夫々設けられている。各加熱手段７１３は、刃先１１ｃが対向するように一対の溶断刃７１１を保持している。加熱手段７１３は、例えば溶断刃７１１を誘導加熱させる誘導加熱コイル、熱伝導によって加熱するヒータ等で構成されている。

　また、溶断装置１は、モータ駆動回路１６に対応する各種構成部、具体的には、ブリッジ増幅器１６ａ、加圧力設定器１６ｂ、加圧力上限検出器１６ｇ、誤差電圧増幅器１６ｄ、電圧／周波数コンバータ１６ｅ、パルス列停止回路１６ｉ、及び速度制御ドライバー１６ｊを備える。
　なお、二点鎖線で囲まれた構成部分は、加圧力量制御溶断装置４というユニットを構成している。

　トルク変換器１５ｄは、トルク変換器１５ｄの入力軸及び出力軸間に加わったねじれモーメントによるひずみを図示しないストレインゲージによって計測し、計測したモーメントから得られる加圧力量Ｐｒｅを示した計測値Ｓｇ３をブリッジ増幅器１６ａへ出力する。

　ブリッジ増幅器１６ａは、トルク変換器１５ｄから出力された計測値Ｓｇ３を増幅し、増幅された計測値Ｓｇ３を誤差電圧増幅器１６ｄ及び加圧力上限検出器１６ｇへ夫々出力する。

　加圧力設定器１６ｂは、加圧力量Ｐｒｅを設定するための加圧力調節器１６ｃを備え、加圧力調節器１６ｃの設定内容に応じた加圧力設定値Ｓｇ４を誤差電圧増幅器１６ｄ及び加圧力上限検出器１６ｇへ夫々出力する。

　加圧力上限検出器１６ｇは、加圧力量Ｐｒｅの上限値を設定するための上限調節器１６ｈを備える。加圧力上限検出器１６ｇは、ブリッジ増幅器１６ａから出力された計測値Ｓｇ３と、上限調節器１６ｈで設定された上限値とを比較し、計測値Ｓｇ３が上限値以上である場合、ハイレベルの信号である上限検出値Ｓｇ８をパルス列停止回路１６ｉへ出力し、計測値Ｓｇ３が上限値未満である場合、ローレベルの信号である上限検出値Ｓｇ８をパルス列停止回路１６ｉへ出力する。

　誤差電圧増幅器１６ｄは、ブリッジ回路から出力された計測値Ｓｇ３と、加圧力設定器１７ｂから出力された加圧力設定値Ｓｇ４とを比較し、各値の差分を示した差分値Ｓｇ５を電圧／周波数コンバータ１６ｅへ出力する。

　電圧／周波数コンバータ１６ｅは、誤差電圧増幅器１６ｄから出力された差分値Ｓｇ５を入力し、該差分値Ｓｇ５の電圧を、該電圧に対応する周波数のパルス列Ｓｇ６に変換し、変換されたパルス列Ｓｇ６をパルス列停止回路１６ｉへ出力する。電圧／周波数コンバータ１６ｅには、差分値Ｓｇ５と、周波数との比率を設定するための電圧／周波数調節器１６ｆが設けられている。電圧／周波数コンバータ１６ｅは、電圧／周波数調節器１６ｆの設定内容に応じて、パルス列Ｓｇ６の周波数を増減させる。電圧／周波数調節器１６ｆは、送りねじ１５ｆのリードＬｅに応じて、加圧力量Ｐｒｅに対するモータ１５ｂの回転数を変更するためのものである。

　パルス列停止回路１６ｉは、加圧力上限検出器１６ｇから出力された上限検出値Ｓｇ８がローレベルの信号である場合、電圧／周波数コンバータ１６ｅから出力されたパルス列Ｓｇ６を速度制御ドライバー１６ｊへ出力し、加圧力上限検出器１６ｇから出力された上限検出値Ｓｇ８がハイレベルの信号である場合、電圧／周波数コンバータ１６ｅから出力されたパルス列Ｓｇ６を速度制御ドライバー１６ｊへ出力しない。つまり、パルス列Ｓｇ６の信号を遮断する。

　速度制御ドライバー１６ｊは、パルス列停止回路１６ｉを介して電圧／周波数コンバータ１６ｅから出力されたパルス列Ｓｇ６に応じて電圧レベルを有する速度指令信号Ｓｇ７をモータ１５ｂへ出力する。

　モータ１５ｂは、速度制御ドライバー１６ｊから出力された速度指令信号Ｓｇ７に応じた回転速度で回転する。

　図１４及び図１５は、モータ駆動回路１６の動作を示すタイミングチャートである。各図に示すグラフの横軸は時間を示しており、各図（ａ）に示すグラフの縦軸は、計測値Ｓｇ３及び加圧力設定値Ｓｇ４を示している。図１４（ｂ）に示すグラフの縦軸は差分値Ｓｇ５、図１５（ｂ）に示すグラフの縦軸は上限検出値Ｓｇ５、各図（ｃ）に示す縦軸は、パルス列Ｓｇ６の電圧を示し、各図（ｄ）に示すグラフの縦軸は速度指令信号Ｓｇ７の電圧を示している。

　図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、計測値Ｓｇ３が加圧力設定値Ｓｇ４よりも大きい場合、誤差電圧増幅器１６ｄから出力される差分値Ｓｇ５の電圧が低下する。差分値Ｓｇ５の電圧が低下した場合、図１４（ｃ），（ｄ）に示すように、電圧／周波数コンバータ１６ｅから出力されるパルス列Ｓｇ６の周波数が低下し、周波数の低下によって、速度指令信号Ｓｇ７の電圧も低下する。速度指令信号Ｓｇ７の電圧が低下した場合、モータ１５ｂの回転速度が低下し、結果として溶断刃７１１の加圧力量Ｐｒｅは低下する。

　逆に、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、計測値Ｓｇ３が加圧力設定値Ｓｇ４よりも小さい場合、誤差電圧増幅器１６ｄから出力される差分値Ｓｇ５の電圧が上昇する。差分値Ｓｇ５の電圧が上昇した場合、図１４（ｃ），（ｄ）に示すように、電圧／周波数コンバータ１６ｅから出力されるパルス列Ｓｇ６の周波数が上昇し、周波数の上昇によって、速度指令信号Ｓｇ７の電圧も上昇する。速度指令信号Ｓｇ７の電圧が上昇した場合、モータ１５ｂの回転速度が上昇し、結果として溶断刃７１１の加圧力量Ｐｒｅは上昇する。

　このように構成された溶断装置１にあっては、ブリッジ増幅器１６ａ、誤差電圧増幅器１６ｄ、電圧／周波数コンバータ１６ｅ、速度制御ドライバー１６ｊ、モータ１５ｂ、カップリング１５ｃ、及びトルク変換器１５ｄによって負帰還ループが構成されており、加圧力量Ｐｒｅを示した計測値Ｓｇ３と、加圧力設定値Ｓｇ４との差分がゼロになるように制御される。
　なお、モータ１５ｂの応答の遅れもあって、計測値Ｓｇ３は加圧力設定値Ｓｇ４を中心に多少のハンティング現象を起すも、加圧力設定値Ｓｇ４に一致するように収束する。

　ところで、周囲温度の変化、風、温調機の具合等、変則的な環境変化によって被溶断物１９が硬化しているような場合、前記負帰還ループにおけるモータ１５ｂの応答遅れによって、加圧力量Ｐｒｅが上昇し、被溶断物１９にひびが入ることがある。そこで、被溶断物１９に無理な加圧力が加わらないよう、上限調節器１６ｈで加圧力上限値を設定する。
　図１５（ａ）に示すように、計測値Ｓｇ３が、上限調節器１６ｈで設定された上限値以上になった場合、図１５（ｂ）に示すように、加圧力上限検出器１６ｇからハイレベルの上限検出値Ｓｇ５が出力され、パルス列Ｓｇ６停止手段は、図１５（ｃ）に示すように、パルス列Ｓｇ６の出力を停止する。パルス列Ｓｇ６の出力が停止した場合、図１５（ｄ）に示すように、速度指令信号Ｓｇ７の出力も停止し、モータ１５ｂの回転は一時停止する。
　計測値Ｓｇ３が加圧力上限値未満に戻った場合、パルス列停止回路１６ｉは、パルス列Ｓｇ６の出力を再び開始する。

　実施の形態２に係る溶断装置１にあっては、溶断刃７１１によって被溶断物１９に加えられる加圧力量Ｐｒｅを一定量未満に制御することができ、被溶断物１９にひび等の欠陥が生ずることを効果的に防止することができる。
　また、実施の形態２に係る溶断装置１にあっては、溶断刃７１１の駆動機構の一方の溶断刃７１１に設け、他方の溶断刃７１１を固定式にしているため、低コストで溶断刃７１１を構成することができる。

　トルク変換器１５ｄによって、一定の加圧力量Ｐｒｅで、被溶断物１９のゲート部１９ｂを溶断することは、成型部品１９ａである製品の品質は向上させ、製品の品質を均一化し、更に生産性も向上させることを可能にする。

（実施の形態３）
　図１６は、本発明の実施の形態３に係る溶断装置１の構成を模式的に示す概略側面図である。実施の形態３に係る溶断装置１は、２つの加圧力量制御溶断装置４を備え、一対の溶断刃７１１夫々が溶断方向へ相対移動できるように構成してある。
一対の溶断刃７１１の移動は、コントローラ１８によって同期運転するように構成されている。

　実施の形態３に係る溶断装置１にあっては、２つの溶断刃７１１が対称的に相対移動するため、各溶断刃７１１の溶断開始時から完了時までの溶断中の中心点がずれる虞は低く、成型部品１９ａの溶断面及び成型部品１９ａに歪を与えずに、被溶断物１９を溶断することができる。

　なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　被溶断物の溶断に利用することができる。

Claims (7)

1. 　導電性の溶断刃を備えた溶断装置において、
   　前記溶断刃を誘導加熱させるための交番磁界を生成するヘルムホルツコイルを備え、
   　前記溶断刃は、
   　平面状の刃面を有し、該溶断刃の刃先が前記ヘルムホルツコイルの中心線方向略中央部に配されている
   　ことを特徴とする溶断装置。
2. 　前記ヘルムホルツコイルは、略長方形、略楕円形又は略長円形をなす複数のコイルを備え、
   　前記ヘルムホルツコイルは、前記溶断刃の刃先に沿う方向と、前記コイルの長手方向とが略一致するように配されている
   　ことを特徴とする請求項１に記載の溶断装置。
3. 　導電性の溶断刃を備えた溶断装置において、
   　前記溶断刃を誘導加熱させるための交番磁界を生成する交番磁界生成手段を備え、
   　前記溶断刃は、下記式（１）を満たした刃面を有する
   　ことを特徴とする溶断装置。
   

   
4. 　高圧直流電源に接続されたスイッチング素子を有し、該スイッチング素子の入切によって、交番磁界を生成するための交番電流を出力するインバータ回路と、
   　前記スイッチング素子を入切させるためのスイッチング信号を出力する駆動回路と、
   　該駆動回路及び前記スイッチング素子間に介装されており、スイッチング信号の電圧レベルを変更するレベルシフト回路と
   　を備え、
   　前記レベルシフト回路は、
   　低圧直流電源と、該レベルシフト回路を動作させるための電源コンデンサとの間に順方向接続されたダイオードと、
   　前記駆動回路から出力されたスイッチング信号を前記スイッチング素子側へ与え、かつ直流を遮断するフローティング素子と
   　を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の溶断装置。
5. 　前記溶断刃から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段と、
   　該赤外線検出手段にて検出された赤外線の強度に基づいて、前記交番磁界の強さ又は周波数を制御する手段と
   　を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の溶断装置。
6. 　前記交番磁界を生成するための交番電流を出力するようにしてあり、
   　更に、前記交番電流を検出する交番電流検出手段と、
     前記交番磁界を生成するための交番電流を検出する交番電流検出手段と、
   　該交番電流検出手段にて検出された交番電流の大きさに基づいて、前記交番磁界の強さ又は周波数を制御する手段と
   　を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の溶断装置。
7. 　被溶断物を溶断する導電性の溶断刃と、出力軸を有するモータと、該出力軸の回転力によって、前記溶断刃を所定方向へ移動させる送り機構とを備える溶断装置において、
   　前記モータの出力軸及び前記送り機構との間に介装された部材に、前記モータの出力軸及び前記送り機構間に働くトルクによって生じたひずみを検出するひずみ検出手段と、
   　該ひずみ検出手段の検出結果に基づいて、前記モータの回転を制御する手段と
   　を備えることを特徴とする溶断装置。

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